[发明专利]一种相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置及方法

权利要求书

1.一种相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，包括信号发生器、激光器、隔离器、光纤耦合器、芯轴式振动探头、相位控制器、光电探测器、相位解调模块、滤波器和处理器；

所述信号发生器输出三路信号，分别为调频信号、一倍频信号和二倍频信号，调频信号传输给激光器，所述激光器产生的连续光通过隔离器后传输到光纤耦合器的第一端口；

光纤耦合器的第三端口和第四端口分别连接传感臂光纤和参考臂光纤，传感臂光纤分为不敏感部分和敏感部分，不敏感部分光纤作为光信号的传输介质，敏感部分光纤缠绕在芯轴式振动探头上用于感知环境振动；参考臂光纤分为不敏感部分和敏感部分，不敏感部分光纤仅作为光信号的传输介质，敏感部分光纤缠绕在相位控制器上，实现参考臂光纤轴向长度变化的检测；

光纤耦合器的第三端口和第四端口接收传感臂和参考臂返回的光信号，并在第二端口形成干涉光，输出给光电探测器；光电探测器将干涉光信号转化为干涉电信号，输出给相位解调模块，相位解调模块利用输入的一倍频信号、二倍频信号和干涉电信号，解调得到能够反映环境振动的相位信号，并通过滤波器滤波后传输给处理器；

处理器根据输入的相位信号以及相位信号相对于环境振动的响应特性，计算得到环境振动的速度、加速度和位移测量数据；

还包括反馈控制模块、相位延迟补偿模块和驱动器；

光电探测器将干涉光信号转化为干涉电信号并输出给反馈控制模块，反馈控制模块根据环境振动的测量需求输出反馈信号给相位延迟补偿模块；

相位延迟补偿模块用来补偿相位解调模块和反馈控制模块引起的相位延迟，使反馈信号和相位信号同步，输出延迟补偿后的反馈信号给驱动器；

驱动器针对参考臂的相位控制器特性，产生合适的驱动信号给相位控制器，使相位控制器引起的参考臂光纤轴向长度变化与延迟补偿后的反馈信号在工作频带内呈现幅度和相位平坦响应特征。

2.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述芯轴式振动探头、光纤耦合器、光电探测器、相位解调模块、反馈控制模块、相位延迟补偿模块、驱动器、相位控制器和法拉第旋镜组成以环境振动为输入、以相位信号为输出的闭环控制系统；

所述反馈控制模块、相位延迟补偿模块、驱动器、相位控制器组成上述闭环控制系统的反馈回路。

3.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述滤波器用于对相位信号进行进一步滤波处理，滤除非工作频带的噪声，改善工作频带内的平坦度。

4.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述调频信号的角频率为ω_c，一倍频信号和二倍频信号相位同步，角频率分别为ω_c和2ω_c，且与调频信号之间存在固定的相位延迟

5.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述隔离器的输出光送给光纤耦合器的第一端口，用于隔离激光器与后面光纤链路，防止光纤耦合器第一端口的反射光影响激光器的稳定性。

6.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述相位控制器为压电陶瓷光纤拉伸器，敏感部分光纤放置在压电陶瓷光纤拉伸器内部，所述驱动器为压电陶瓷驱动器。

7.如权利要求1所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述芯轴式振动探头缠绕有传感光纤，将环境振动转化为传感光纤的轴向长度变化，所述芯轴式振动探头内置法拉第旋镜，连接在传感光纤的末端，用于使传感臂光信号反射回光纤耦合器。

8.如权利要求6所述的相位反馈控制的光纤干涉超低频振动测量装置，其特征在于，所述压电陶瓷光纤拉伸器连接有法拉第旋镜，用于使参考臂光信号反射回光纤耦合器。